[发明专利]一种降低P型GaN层电阻率的LED外延结构及其生长方法

说明书

本发明提供一种LED外延结构的生长方法，包括高温处理蓝宝石衬底、生长低温缓冲GaN层、生长不掺杂GaN层、生长掺杂Si的N型GaN层、生长多量子阱发光层、生长P型AlGaN层、生长P型GaN层以及退火降温步骤；在生长P型GaN层时，先在900℃的NH₃、TMGa环境下进行预处理，然后在NH₃、TMGa、H₂、Cp₂Mg环境下由870℃逐渐升温至1000℃进行生长；该P型GaN层的厚度为50～200nm，所含氮原子与镓原子的摩尔比控制为1400:1，Mg的掺杂浓度为1E19～1E20atoms/cm³。本发明降低了P型GaN层的电阻率，提高晶体质量和空穴浓度，进而提高LED的发光强度。

技术领域

本发明涉及LED制造领域，具体地，涉及一种可有效降低P型GaN层的电阻率、进而提高LED发光强度且提高LED外延结构表面平整度的方法，以及通过该方法制备得到的LED外延结构。

背景技术

LED(Light Emitting Diode，发光二极管)是一种固体照明电子元件，因其具有体积小、耗电量低、使用寿命长、环境友好等优点而受到广大消费者的认可，市场前景广阔。在LED的外延结构中，N层用于提供电子而P层用于提供空穴，电子和空穴在恒流电压的驱动下在有源层相遇并产生电子空穴对复合，通过释放光子的形式实现发光功能。目前国内外LED的生产规模虽然在逐步扩大，但产品本身仍存在发光效率低下的问题，不能满足市场上对于LED亮度和光效的需求，继而影响到LED的应用范围和节能效果。

造成上述现象的原因众多，这给本领域研究人员提供了多种优化路径；其中传统LED外延结构中的P型层(即P型GaN层)的电阻率偏高，空穴浓度低，晶体质量不高，是导致LED芯片发光效率低下的原因之一。

发明内容

为了克服在背景技术中提到的上述问题，本发明提供一种可有效降低P型GaN层的电阻率的LED生长方法以及通过该方法制备得到的LED外延结构，进而达到提高LED发光强度的目的。

一种降低P型GaN层电阻率的LED外延结构的生长方法，依次包括高温处理蓝宝石衬底、生长低温缓冲GaN层、生长不掺杂GaN层、生长掺杂Si的N型GaN层、生长多量子阱发光层、生长P型AlGaN层、生长P型GaN层以及退火降温的步骤；其中生长P型GaN层的步骤包括预处理过程和升温生长过程。

上述生长P型GaN层的具体步骤如下：

A、保持反应腔内压力为500～600mbar、温度为850～900℃，通入流量为80～100L/min的NH₃、15～20L/min的TMGa进行预处理；

B、保持反应腔内压力为400～600mbar，通入流量为50000～70000sccm的NH₃、20～100sccm的TMGa、100～130L/min的H₂、1000～3000sccm的Cp₂Mg，生长过程中控制反应腔内的温度从870℃逐渐升温至1000℃，氮原子与镓原子的摩尔比控制为1400:1～1500:1，持续生长50～200nm厚度的P型GaN层，其中Mg的掺杂浓度为1E19atoms/cm³～1E20atoms/cm³。

优选地，控制反应腔温度以每秒0.5～1℃的速度从870℃逐渐升温至1000℃。

优选地，所述高温处理蓝宝石衬底的步骤为：保持反应腔内压力为100～300mbar、温度为1000～1100℃，通入流量为100～130L/min的H₂，热处理蓝宝石衬底8～10分钟。

优选地，所述退火降温的步骤为：反应腔内温度降至650～680℃，保温20～30min，关闭加热及给气系统，制得的LED外延结构随炉冷却。